沙河市地處太行山東麓，河北平原西緣，自西向東依次為山地、丘陵、平原，面積各占約三分之一。山地群峰聳立，溝谷縱橫，最高峰北武當山海拔1437米，山川主要有渡口川、柴關川和孔莊川。丘陵區山丘低緩，谷地開闊，臺地多為冰川泥礫組成，地下多煤鐵礦藏。平原為洪積沖積而成，地面坡度約四百分之一，市境東南隅為境內最低處，海拔47.2米。
沙河又名大沙河、澧河，古稱湡水、野河，發源于內邱、邢臺和沙河三縣西部山區的六條大川，流經內邱、邢臺、沙河、南和、任縣、隆堯、寧晉七縣。上游邢臺境內稱作野河，沙河境內稱作大沙河，入南和、任縣稱作南澧河，經隆堯、寧晉稱作北澧河，大沙河是邢臺市境內流經距離最長、流域面積最大、流經縣市最多、流量最大的河流，自西而東橫貫沙河市全境，市內段長86.4公里。